船舶破舱稳性影响因素及应对策略分析

袁江波，何正云

（连云港苏茂船舶技术服务有限公司，江苏 连云港 222000）

随着人们在海洋空间活动的日益频繁，各种类型的船舶被设计出来并应用于海洋捕捞、货运、客运和救援。与此同时，船舶撞沉、破损、倾覆事故频发，使得人们不得不对船舶相关设计加以重点关注。其中，船舶稳性是关键，尤其是破舱稳性的计算，直接关系着救援时间的长短、救援方式的选择以及紧急救援措施的制定。因而，正确分析并计算破舱稳性至关重要，一般主要考虑分舱数量和位置、风雨密点、破舱后的浮态、船舱进水量和进水速度。

1.船舶稳性概念

船舶稳性是指船舶自身具备的抵抗外力、保持船身不倾覆，当外力消失后还能回复到原来位置的一种性能。从船舶倾斜角度而言，一般有横稳性和纵稳性两种。按照船舶破损后是否进水，又可分为完整稳性和破舱稳性。破舱稳性也称剩余稳性，一般情况下，是指船舱进水后的横稳性。具体来说，可指多体船设置有一定数量的水密舱壁，会在船舶破损后将浸水控制在一定范围内，保证船舶在一舱破损或多舱破损后，其浸水液面不超过限定的高度，进而保持船舶稳定不至于沉没的特性。

2.常见的船舶破舱情况

船舶破舱情况由于船的类型、大小、破舱位置、所处水域特性、天气等情况不同而不同，实践中情况非常复杂。本研究仅从破舱位置、风雨密点、进水点、破舱后液体流水情况、装载结构调整等方向保守考虑这些因素对船舶破舱稳性的影响。

2.1 边舱破损

边舱破损会导致船舶出现较大的横倾现象。假如边舱的容积又比较大，那么产生的横倾力矩就会相对较大。在这种情况下，船舶破舱稳性较差，难以有效扶正，进而无法达到规范标准，船舶便容易发生倾覆。

2.1.1 液化石油气船

以一艘液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，LPG）船为例，假设这艘船载有两个液化气罐，破舱稳性按照全新修订的2014年国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则（简称IGC规则）来计算，该船具有相对较低的型深，贮备浮力一般。两个边舱分别设在第一货舱的边上，即该船的第一边舱和第二边舱，中间另外设置一个清水舱将两个边舱隔开。初始设计时，清水舱的宽度仅设为4.2 m,明显小于规范所要求的纵向破损数值5.7 m。这样会导致一旦船舶发生破损，三舱如果同时进水，会产生很大的横倾力矩，致使船舶发生完全倾覆，因此，按照初始设计的参数，其破舱稳性根本无法达到规范要求。

2.1.2 集装箱船

若以集装箱船为例，尤其是针对货舱数量较小的船。本研究假设其只有两个或者三个货舱。在计算这类船舶的概率破舱稳性时，需要重点考虑边舱对概率破舱稳性的影响，进而展开有针对性的设计，才能使其破舱稳性满足规范。假设一艘普通的集装箱船有三个不同长度的货舱。其第一货舱的长度明显短于第二和第三货舱，因此，集装箱集中放置于长度较大的第二货舱和第三货舱中。如果这类货舱的边舱较少，会对概率破舱稳性产生较大的负面影响。从实践角度而言，综合考虑合理型深、抗扭箱的位置以及边舱数量后，这类船的较长货舱中，至少需要设置八个边舱，才能满足概率破舱稳性规范要求。

2.2 风雨密点

风雨密是指在任何海况下，海水都不会渗入船内。针对这一要求的构件一般会设置在露天甲板和边舱位置。风雨密舷窗、风雨密舱室门等是较为常见的结构。风雨密点的位置在发生破舱时，对渗水位置和船舶稳性影响很大。因此，正确估计风雨密点的位置对于准确计算破舱稳性非常重要。

在半宽方向，风雨密点越靠近船中位置，破舱稳性相对越好；在垂直方向，风雨密点越高对破舱稳性越有利；在船长方向，在船中之后的舱，风雨密点应尽可能靠前，在船中之前的舱，风雨密点应尽可能靠后[1]。如果实际的破舱稳性不能满足以上要求时，那么可以先按照这样的原则对风雨密点的位置加以调整，特别是在进行概率计算时，可以根据具体的情况，调整风雨密点的位置，进而使计算结果达到规范要求。

2.3 进水点

当船舶发生破损时，进水点的位置和取值对计算破舱稳性至关重要。一般情况下，需要将可能对船舶造成威胁的危险进水点都列入计算范围。因为不同位置的进水点会对船舶稳性的计算产生综合影响。例如，甲板位置、泵舱位置、甲板舷窗、尾部进水点等因为所处的位置不同，高度不同，单一计算其中一处最低进水点都会大大影响船舶的剩余稳性余量。

2.4 破舱后液体流失状况

这种因素一般针对液体舱而言。液体的流失速度和量的大小对于破舱稳性的影响需要辩证看待。依据实际情况，应考虑液体与进水量的比重。常规设计的液体舱其型心位置一般不在船中。当发生破损后，如果液体流失量小于进水量，那么船舶的有害横倾肯定会变大，危险性较大。然而，如果液体舱处于满载状态，那么流失液体量会变大，进水量此时是比流失量小的，没有特殊情况的话，船舶的破舱稳性反而会更好。

2.5 装载方式

装载方式对破舱稳性有直接的影响。主要体现在对船舶初始重量和重心位置两个方面，具体而言，主要三点：降低重心，调整船舶破舱稳性；影响风雨密点与破损后的平衡水液面距离；增加有效GZ曲线的范围。如果对特定装载类型的船舶进行装载方式的调节，可以有效改善船舶破舱稳性，反而能达到规范要求。

3.破舱稳性增强策略

3.1 船舶分舱

随着对海洋破损船只的救援分析，人们逐渐意识到船舶分舱的重要性。船舶分舱后，当其破损时，如果仅有一定数量的船舱壁破损而能不影响船只稳定性，能延长船舶救援时间，极大地减少货物损失以及人员伤亡概率。尽管分舱有许多好处，但也不意味着分舱越多越好，因为随着舱壁数量的增加，舱壁破损的几率也会增加。所以，如何合理设计分舱数量是值得船舶设计者思考的重要问题之一。

3.2 科学设计风雨密点位置

为了保证预测结果尽可能准确,需要提前估计出每个舱的风雨密点位置。此时应依据一定的安全原则展开评估。依据实际设计经验，一般舱前风雨密点位于船舱前舱壁的后半个肋位处最佳，舱的后风雨密点尽量设计在该舱后舱壁的前半个肋位处,在横向位置，风雨密点位置则应尽量置于舷侧。对于特定的船舱类型，例如首尖舱和尾尖舱，由于最终平衡水线很容易淹没其风雨密点,因此应尽可能将其设计在船的中央位置，在具体展开计算时，可以将其放在对应横向位置甲板半宽的一半处[2]。

3.3 综合考虑进水点

常规计算时，人们一般倾向于直接考虑最低进水点。这对完整稳性计算而言，是较为合理的。然而，对于破损船舶稳性的计算，则需要更为全面的考虑。对于不同位置的进水点都要尽快确定，可以先由高度较低、危险性较大的泵舱位置和尾部位置开始排查，其次是舷窗，最后是甲板。只有综合考虑到所有进水点，才能更为精确地为计算破舱稳性服务。

3.4 外部载设浮力舱体

这是近年来兴起的一种多体船设计方式。多体船的水下部分是由多个不同独立的水密船体组成的，这些船体的甲板面积大，横稳性较好。通过支架与水线以上的平台相互联结，在相对宽敞的位置搭建上层建筑[2]。如果其中某个水密船体发生破损，其他水密船体不会受到影响，可以弥补破舱后船舶失去的稳性。例如高速单体船、高速双体船、小水线面双体船、穿浪双体船、水翼船、气垫船的技术已相当成熟。目前最优秀的可以算五体船。五体船的结构较为特别。其两侧分别设有一个浅吃水的浮体，前端另外装载有2个独立的浮体。当船舶发生破损而横倾时，船舶尾端的浮体上浮，而甲板前端的浮体会浸入水中，形成一个稳定的状态，弥补破船稳性。

3.5 建立3D数学模型，对船舶航行情况进行仿真

在设计船舶时，可通过模拟船舶在不同海况下的运动状态，对模拟结果进行动态分析。特别是在极端海况下的运行情况[3]，对各种参数进行归纳和分析，结合船舶极限海况下的物理参数加以改进。

3.6 改变侧体尺度和横向装载位置

这里主要针对多体船而言。由于多体船的侧体较多，当船舶发生破损时，可以对侧体的尺度进行改变，调节船舶的横向装载位置。这种策略有助于提升初稳性和破舱后的大倾角稳性。合理设计侧体的位置好处是帮助获得平稳的剩余静稳性曲线，防止横向摇晃时某一边的浮体出水而使剩余稳性发生突变。基于不同的侧体位置，需要制定不同的调节方式。多体船的优势在于浮体多，易于发现进水点，能尽快提供自救方案。

4.结语

随着我国航海事业的发展，船舶设计也越来越科学和先进。基于历史实践经验的积累和整合，船舶完整稳性的计算已经趋于完善，而破舱稳性由于涉及的影响因素更为复杂，需要考虑更多方面。本文仅针对部分类型的船舶展开了局部探讨，基于常见的边舱破损、风雨密点、进水点、破舱后液体的流失状况、装载方式等影响因素，采取针对性策略，提出了船舶分舱，科学设计风雨密点位置，综合考虑进水点，建立3D数学模型、仿真船舶破舱情况，增设侧体数量和横向装载位置的策略，以帮助精准估计船舶破舱剩余稳性，增加船舶破舱稳性。